新工科背景下化学电源课程教学改革探索

摘  要：新工科背景下，化学电源作为新能源材料与器件专业的核心基础课程，立足于满足新能源、新能源汽车和新材料等行业与社会需求，培养高素质应用研究复合型人才。结合昆明理工大学新能源材料与器件专业特色和化学电源课程教学经验，针对教学实践中存在的真实问题，在教学内容、教学方法、教学模式、学生培养形式和评教方式等方面进行改革。借助化学电源课程教育改革创新，不仅在教学实践和学生培养上成效显著，也实现“以点带面”“点面结合”的量变效果，促使新能源材料与器件在一流专业建设上取得更好的发展。

关键词：化学电源;新工科;课程教学;教学改革与创新;探索

中图分类号：G642      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2025）03-0142-04

Abstract： Owning to the development requirement of new energy， new energy vehicles and new materials for industries and society and training high-quality applied-research inter-disciplinary talents， Chemical Power Source is an important professional course of new energy materials and devices major under the background of new technology. Based on the professional characteristics of new energy materials and devices in Kunming University of Science and Technology and the teaching experience of Chemical Power Source， the teaching content， teaching method， teaching mode， student training form and evaluation method were reformed in view of the real problems existing in current teaching practice. With the curriculum education reform and innovation of chemical power source， we not only look forward to achieving significant results in teaching practice and student training， but also to achieve the "point to area" quantitative effect and promote the better development of new energy materials and devices major in first-class professional construction.

Keywords： Chemical Power Source; emerging engineering; course teaching; teaching reform and innovation; exploration

党的十八大以来，以习近平同志为核心的党中央高瞻远瞩，面对能源供应格局变化，提出了“能源革命”的战略思想，我国能源结构逐渐由传统能源向新能源转型。以国家政策和社会、企业需求为导向，新能源材料与器件专业应运而生，为我国新能源产业发展注入新的力量。同时，为深化我国工程教育改革，促进创新发展，2012年2月教育部发布《教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知》，提出开展“新工科”的工程教育改革工作[1-2]。尽管有政策导向的支持和新工科建设的不断深化、拓展和突破，目前高校学生培养工作仍面临很多问题，其根本原因主要是培养目标不明确和培养形式单一化。人才的培养与社会、企业需求严重脱节，导致学生毕业后很难适应实际工作需求[3-4]。

基于上述背景，2018年教育部高教司发布《教育部关于加快建设高水平本科教育 全面提高人才培养能力的意见》（即“新时代高教40条”），意见中对人才培养目标及原则、思政育人、深化教学改革、提高教师教学能力和协同育人等方面做出了明确要求[5-6]。为了更深入地探讨新形势下新能源特色专业人才培养这一教学问题，昆明理工大学冶金与能源工程学院新能源材料与器件专业（以下简称“本专业”）从众多必修专业课程中选取化学电源课程为试点。以国家发展战略和社会企业需求为导向，以打造面向未来、紧跟需求导向、定位一流水准为目标，着力培养具有良好的人文素养，富有创新能力、爱国和工匠精神、社会责任感，系统掌握能源转换与存储材料及器件设计与制造工艺、测试技术与质量评价等方面的专业基本理论与基本技能的应用研究型人才。因此，在新工科背景和新时代高教40条指导下，化学电源课程教学改革紧跟国内外科技前沿，将相关科技前沿、基础知识和工程实际应用引入教学课堂。

一  化学电源课程特点及教学改革的意义

（一）  化学电源课程简介

随着新能源产业的快速发展，储能材料和器件与我们的生活联系越来越紧密，化学电源作为新能源材料与器件专业核心基础课程之一，为材料科学与基础、物理化学、无机化学和电化学等基础课程提供实践教学方面的支撑，也能够培养学生良好分析问题和解决问题的能力、提高学生研究新能源材料和开发新型储能器件的能力[7-9]。化学电源是一门通识课，48学时，主要介绍各类化学电源的组成、工作原理、材料发展及应用领域，其内容涵盖化学电源的定义、组成、基本概念、性能参数和发展简史、各类储能器件（锌电池、镍氢电池、铅酸电池、锂离子电池、液流电池和燃料电池）的基本原理、关键部件和应用领域等。该课程为新能源材料与器件的技术开发、科学研究、实际生产提供重要的专业理论基础知识。因此，该课程具有较强的学科交叉性、基础前瞻性、工程实践性，在新能源材料与器件专业课程体系中起着至关重要的作用[10-12]。

（二）  化学电源课程教学改革的意义

传统工科对新能源类专业基础课程教学的需求已经固化，而随着新能源领域日新月异的发展，传统的教学模式已经很难满足人才培养的需求。我们应该明白，一方面，新工科建设应该立足国家战略、技术前沿和产业发展，培育一批新型的专业课程;另一方面，新工科建设也要着眼于老工科专业，改革其教学体系、教学内容和教学模式，适应时代发展。以化学电源课程为代表的新能源类专业传统基础课程也亟需开展深入改革，以适应国家发展和企业对人才培养的需要。例如教学模式的建立上，应将原有的单纯理论教学转变为“理论+科研+竞赛+实践”的育人模式;在教学内容方面，应注重世界前沿动态发展和储能器件社会应用实际，适应社会发展主流;在学生培养方面，注重理论知识的应用能力和解决实际问题的能力，培养他们的科技创新思维。在新能源政策和产业快速发展的大背景下，正因为社会需求的转变，化学电源课程的教学模式改革就显得尤其迫切和重要。以学生为中心，以高阶能力培养为目标，本专业对化学电源课程进行重建和大胆改革，在具体实践中坚持科教、产教融合发展，结合预设教学目标、学科特点、学生认知规律及教学方式，继续深化教育教学改革。通过优化人才培养方案、重构课程教学体系的方式，将国家方针政策融入课程思政、推进科教-产教融合、强化实践教学、提升教师职业素养、加强课程内涵建设。

二  化学电源课程教学改革举措

（一）  以实际问题为导向，引导学生去思考问题，培养其分析和解决问题的能力

以往的化学电源专业课程教学模式是教师将课程内容传授给学生，并讲解其基本原理。在这一模式下，教师过分强调自身对课堂的主导作用，单纯的教学内容、教学方式不足以调动学生的积极性，导致教学质量低、学生动手和动脑能力差。虽然作为教师，都知道“授人以鱼，不如授人以渔”的道理，但这不仅需要教师整体素质的提升，也需要正确引导学生积极思考。

为此，在新工科专业建设要求的指导下，我们进行了课程教学方式的改革。首先，我们对化学电源课程的教学目标进行了重新定位。不同于传统的专业基础课，化学电源课程教学内容既承接了专业基础课程（如物理化学、电化学等）的理论教学，也与实际应用场景、社会开发需求对接。因此，在教学目标上就应该让学生充分理解化学储能器件的基本工作原理和其中的内在知识，也应掌握材料和器件在实际产业化和应用中的制造流程、应用场景与面临的挑战。其次，在课堂教学方式上，以生活中或者科研中的实际事例为切入点，逐步将一些理论化的碎片知识引入其中。而后，以实际问题为导向，多去向学生问为什么，多引导他们思考。最后，通过将问题一步步拆解，并逐项作答的方式，最终回答提出的问题，培养他们分析和解决问题的能力。比如在对课程绪论部分进行讲解时，从“日常生活中哪些地方应用到锂离子电池？”提出问题，让同学们思考并作答，引导学生去考虑为什么要发展锂离子电池以及发展锂离子电池的意义。让同学们思考“如何实现生态保护和经济发展的平衡呢？”讲述只有开源和节流相结合才能实现。所谓开源也就是开发利用风能、太阳能等清洁能源，所谓节流也就是将低谷电在用电低峰的时候通过新能源汽车和智能电网等手段储存起来，在高峰的时候再放释放出去。能源无论是从时间上移动还是空间上移动，都需要储能电池作为载体。因此，高能量密度、高安全性、高循环寿命以及低成本的储能电池是新能源和新能源汽车的产业发展的瓶颈。而在现有的二次电池中锂离子电池的性能最好，所以必须大力发展。

（二）  构建混合式教学模式，增加个性化教学形式、丰富教学内容、深化学生能力培养

新工科建设要求课程体系强调实践，强调所学有所用，鼓励学生创新创业，使毕业生能到新兴产业就业创业。但传统的化学电源课堂教学模式和灌输式教育方式单一、科学前沿和工程化应用教学不足，不应只注重教学形式的“新”，更应注重内容上的“新”，现在化学电源的种类和更新性较强，如不注重内容的更新，则会和前沿科学研究产生脱节，这些教学模式都无法达成相关课程目标。此外，课程涉及较多的化学电源储能器件，有些内容枯燥、零散，传统的教学模式无法调动学生学习积极性。加之2020年到2023年的新冠病毒感染疫情也对本专业课程的教学提出了更多的挑战。

基于上述背景和现实，我们对化学电源课程教学模式和教学内容进行了系统规划和升级。根据对新能源材料与器件专业毕业生的要求，为了解决在学时紧张和工程化应用教学的不足，充分调动学生学习积极性，营造丰富、个性化的课堂氛围，同时兼顾学生动手能力的培养，真正让学生以理论联系实践。我们从2020年开始，果断实行线上线下“混合式+现场实践教学”，其中将部分理论知识和工程化应用的内容转移至线上，构建起信息化融入课堂的混合式教学模式。这样既可以把更多的时间还给学生，调动学生学习兴趣，也可以缩短学生前往企业的时间，通过远程的线上视频授课就可以了解工程化应用情况。

在课程教研团队对线上-线下互动式教学理论和实践应用的不懈探索下，我们总结出以下结论：①对于理论性较强的电极材料反应机制分析等抽象和难懂的知识点更适合采取线下授课的方式，一步步引导学生思考推导，而不适合采用线上教学的方式进行。②对于一些国家政策、行业领域发展形式、材料与器件发展历史等则更适合采用线上视频、互动、问答等形式，充分调动学生兴趣。③对于工业化实际生产过程则根据实际情况采用线上+线下的混合模式进行，一方面对于生产实际过程中涉及的专业知识和详细生产工艺的解读，我们也邀请企业工程师以线上视频授课的形式，向学生讲解;另一方面，对于设备工艺的使用和材料与器件的制备过程，我们以材料实地参观的方式，让学生亲临其境地感受一块电池的生产流程。

在线上授课过程中，我们充分利用微信、雨课堂教学软件，在本堂课开始前一天将教学资源和学习任务推送给学生预习。在授课中，借助雨课堂实时互动，将碎片化的知识点传授给学生，通过互动问答的方式，充分调动学生积极性。授课后，借助教学日志分析学生本堂课的精准教学数据，对课堂互动情况进行分析总结。此外，在每一章的学习过程中，我们通过对学生进行分组学习、分组讨论和自主授课的学习模式，让学生以小组为单位总结本章要点，并以授课的形式，让学生当老师为大家讲解，帮助他们深化学习的内容，真正做到学以致用。